三有源桥DC-DC变换器广义状态空间平均模型及控制策略研究

基于移相加占空比控制策略的三有源桥TAB(triple active bridge)DC-DC变换器具有效率高和软开关范围可扩展等优点,但其小信号建模过程复杂、闭环控制环路参数整定困难。针对该问题,提出1种TAB工作在移相加占空比控制下的全阶连续广义状态平均建模和PI控制器设计方法。首先,分析TAB的运行原理和Y型等效结构;然后,结合移相加占空比控制的特点和交流方波源等效方法,推导出TAB的广义状态空间平均模型;接着,在推得模型的基础上求得输入到输出的传递函数,设计出PI控制器参数。最后,结合数字仿真及样机实验验证了所提方法的正确性及有效性。

基于广义状态空间建模的串联谐振DC/DC变换器主动软开关控制策略

基于广义状态空间平均法,利用脉冲频率调制-脉冲宽度调制(pulse frequency modulation-pulse width modulation,PFM+PWM)调制提供的双自由度提出一种可以同时调节输出电压以及实现开关器件主动软开关的控制策略,可以根据器件主体损耗情况“主动”切换软开关模式,兼顾整体效率提升与负载调节范围的扩展。分析全桥型串联谐振直流变换器工作频率高于谐振频率时的3种运行模式,并通过谐振腔参数设计避免特殊断续电流模式的发生;通过广义状态空间平均法建立包含调制环节在内的系统基波截断小信号模型,其数值扫频结果与物理模型展现出极高的精确度,并能精确反映拍频极点;定义反映多输入多输出系统能控程度的灵敏度矩阵,依据此设计实现输出电压调节及主动软开关的双链路线性控制策略。MATLAB/Simulink仿真及样机实验验证表明,所提控制相比传统脉冲频率调制具备更高的整体效率以及更宽的负载调节范围。

基于广义状态空间平均的LLC谐振变换器建模及稳定性分析

LLC谐振变换器在航空航天领域中广泛应用,但LLC谐振变换器固有的非线性特性及输出“小纹波”易造成系统失稳。为准确分析LLC谐振变换器非线性特性及输出“小纹波”问题,引入广义状态空间平均(generalized state space averaging, GSSA)理论对LLC谐振变换器进行建模,将时域非线性状态空间模型转化为GSSA模型。并推导基于GSSA理论的闭环系统小信号模型。通过特征值分析法及Nyquist曲线对元件参数、控制参数及参数耦合对系统稳定性影响进行分析,再利用仿真对模型及理论分析进行验证。仿真结果表明,建立的广义状态空间平均模型可以考虑到系统中“小纹波”因素,具有更高的精度。稳定性理论分析结果与稳定性分析仿真验证结果一致。

图腾柱PFC广义状态空间模型与仿真分析

电力电子变换器的开关过程引起非常严重的非线性问题,可以采用开关模型、采样数据模型、滑动平均模型、小信号模型和行为模型等分析,其中小信号模型包括状态空间平均模型、能量平衡的平均模型和广义状态空间平均模型(GSSA),通过这种数学建模能够表征和简化电力电子变换器的动力学特性,得到近似的线性化系统。文中采用二阶近似逼近的傅里叶级数对图腾柱PFC进行GSSA建模和MATLAB/Simulink仿真分析,并与状态空间平均模型和开关模型进行比较,发现采用二阶近似逼近的傅里叶级数可以建立更加精确地表征电力电子变换器的动力学特性。

广义状态空间平均法在CMPS系统建模中的应用

非接触移动供电系统(CMPS)是一种基于电磁感应耦合原理实现电能从静止电源系统向移动用电设备传输的新型供电系统。由于该系统主电路包含高频逆变网络以及两个相互耦合的谐振网络,导致系统阶数较高,其状态变量也呈现出明显的振荡特性,从而给系统建模与仿真分析带来了很大困难。利用Sanders所提出的广义状态空间平均法,建立了CMPS系统的数学模型,并依据该模型对CMPS系统进行了稳态与暂态分析。

非接触传输系统的广义状态空间平均法分析

采用广义状态空间平均法(GSSA)基于频域分解的思想将系统非线性模型近似成线性连续模型,并依据该模型分析了非接触电能传输技术(CPT)系统的稳态和暂态过程.仿真结果表明,GSSA模型能较快地完成对CPT系统的稳态及暂态分析,且与Simulink创建的精确时域模型的仿真结果一致.在此基础上,给出了系统效率计算方法,分析了直流电感、负载参数对系统效率的影响.

基于广义状态空间平均的独立电力系统建模方法

针对由各类电力电子装置构成的独立电力系统应用日趋普及的现状,为对不同运行工况下独立电力系统进行描述,提出一种基于广义状态空间平均的独立电力系统建模方法。通过将独立电力系统时变非线性微分方程状态变量用傅里叶系数描述,得到独立电力系统的广义状态空间平均模型;依据独立电力系统的不同运行工况,分析其不同时间尺度的动态特性,并通过傅里叶系数的增减实现微电网的广义状态空间平均模型化简。该建模方法能甄别独立电力系统的运行工况及动态特性,在系统分析和设计中可代替时域模型,在稳态时可简化为状态空间平均模型。仿真结果表明该模型具有良好的精度和快速的分析能力,适用于独立电力系统的稳态、暂态分析领域。

LCL型IPT系统广义状态空间平均法建模与分析

针对LCL型IPT系统的高阶非线性特性,采用广义状态空间平均法(GSSA)基于频域分解的建模思想,将时域非线性的IPT系统模型通过傅里叶级数分解描述成了频域线性的广义状态空间模型,对GSSA模型求解后,再将频域信号还原得到时域原始信号。给出了系统参数的配置方法,配置了满足系统谐振条件的仿真参数,利用系统的GSSA模型进行的仿真结果与在SIMULINK中搭建的拓扑模型的仿真结果一致。在LCL型IPT系统GSSA模型的基础上,得出了系统传输功率和效率的表达式,分析了负载与互感变化对系统性能的影响。

广义状态空间平均法用于PWM整流器的建模

针对常用的建模方法应用于电力电子变换器系统建模仿真的不足之处,首先介绍了基于Fourier变换的广义状态空间平均法(Generalized State Space Averaging)的基本原理;然后,以三相PWM整流器为例,在其时域开关模型的基础上给出了PWM整流器广义状态空间平均模型的详细推导过程,仿真结果验证了所建立模型的正确性和有效性。

适用于电磁暂态高效仿真的变流器分段广义状态空间平均模型

针对新能源并网变流器电磁暂态仿真精度和效率的平衡问题,研究新能源并网变流器的常用平均化建模方法,提出适应大规模新能源并网电磁暂态高效仿真的变流器分段广义状态空间平均建模方法。该方法将分段技术应用于变流器广义状态空间模型中,将变流器动作特性一致的时间段合并研究,实现分段时间上变流器电磁暂态的变尺度建模。应用提出的变流器分段广义状态空间平均模型进行算例仿真,结果表明该模型实现了变流器暂态仿真中效率和精度的平衡,能够适应大规模新能源并网变流器的高效仿真。

基于广义状态空间平均法的串联谐振三端口DC/DC变换器建模与控制

三端口双向DC/DC变换器的建模方法主要对谐振槽为单一电感或每个端口建模进行研究,缺少对谐振槽为LC谐振的拓扑建模。本文采用一种广义状态空间平均法对串联谐振三端口DC/DC变换器进行建模,并对系统的工作模式、动态建模过程和控制策略进行了研究。通过在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对不同工作模式下功率流动进行仿真验证。结果表明,该建模方法设计的控制策略能够获得良好的系统动态响应特性。

基于广义状态空间平均法单相功率因数校正的建模与仿真

功率因数校正(PFC)技术可以在解决由整流装置接入所引起的谐波污染问题上发挥重要作用。状态空间平均法已成功应用于脉宽调制功率变换器电路中;但是在开关变换器电路中有其自身的局限性。在分析升压电路(Boost)型PFC电路工作原理的基础上,利用广义状态空间平均法建立了较传统建模方式精确度较高的小信号数学模型;并与状态空间平均法创建的模型比较。利用该模型在Matlab上设计了双闭环PI调节器的参数。最后通过Matlab仿真验证了该模型的准确性和控制器的可行性。

基于广义状态空间平均的全桥LLC谐振变换器建模及应用

LLC谐振变换器在设计新的控制策略时,传统的设计流程需要手动拟合调试出控制参数,闭环稳定性分析涉及高阶函数计算。为了简化传统设计流程,引入广义状态空间平均(GSSA)理论对全桥LLC谐振变换器进行建模,将传统的阻抗物理模型转化为数学模型,推导出GSSA闭环大信号和小信号模型。通过GSSA模型推导系统传递函数矩阵并分析全桥LLC谐振变换器的动态特性,设计闭环PI控制参数,最后使用特征值分析法判断闭环系统稳定性。GSSA理论和模型结合MATLAB仿真,直接解决高阶函数的计算,快速推导控制参数,简化了设计新控制策略需要的调参环节和稳定性分析环节。为验证建模的正确性,依据建模推导元件参数搭建了400 W全桥LLC谐振变换器样机。在空载和满载两种工况下进行了实验,实验结果表明,系统响应速度快,与设定的输出参数相符合,输出电压纹波小于1%、最大误差0.4 V。仿真结果和样机实验结果验证了基于GSSA的LLC谐振变换器模型的有效性。

电流型IPT系统广义状态空间平均法建模与分析

针对目前关于感应电能传输(IPT)系统建模存在的不足,采用广义状态空间平均法建立了电流型IPT系统的线性定常平均模型。基于该模型,根据线性系统理论方法,分析了系统状态变量的运动规律。此外,还分析了等效负载变化时的稳定性和对副边输出电压的影响,以及不同互感参数及副边电感下的传输功率和效率。结果表明,本文的建模方法和分析结果对于电流型IPT系统的实际运动行为有较强的理论指导意义及对系统的设计具有一定的参考价值。

基于广义状态平均法的双有源全桥变换器建模

双向DC-DC变换器是电动汽车和新能源发电技术中的关键装置,对其精确、高效地控制具有重要意义。其中,建立双有源全桥双向DC-DC变换器的精确动态数学模型是设计高性能指标控制器的关键环节。首先阐述基于傅里叶变换的广义状态空间建模方法 ;然后,根据双有源全桥DC-DC变换器的时域状态描述,应用广义状态空间平均法分析双有源全桥变换器稳态特性,并建立动态小信号模型;最后,通过仿真实验比较广义状态空间平均法、状态空间平均法建模与实际拓扑稳态输出的误差,验证利用广义状态空间法所建模型更精确、可靠,为拓扑控制器设计提供理论分析依据。

广义状态方程混合模式杠杆功率分流HEV控制

针对混合动力汽车（HEV）模型控制所采用的＂单模式＂功率分流结构,需要较大容量的电动机和成本控制的问题,提出一种广义状态方程四节点杠杆功率分流HEV控制算法。首先,对混合动力汽车模型进行研究,考虑采用多个行星齿轮相结合的方法,并利用四节点杠杆模型对其进行建模,并据此获得HEV四节点杠杆模型的广义状态方程;其次,针对所提出的广义状态空间模型,对两台电机MG1和MG2进行力矩设计,根据发动机的功率、电池的功率及驾驶者的加速意图来确定最佳的操作线,并利用转速-转矩关系以及运动方程的转矩控制算法,实现双电机模式的转矩协调控制优化;最后,通过仿真测试,验证所提出控制算法可最大限度地减少燃料消耗和满足司机的需求。

两种状态平均法在功率变换器建模的应用比较

以buck变换器为对象,采用广义状态平均法建立功率变换器广义状态空间平均模型,并与状态空间平均法进行对比。用MATLAB软件对两种方法建立的模型进行仿真,仿真结果与用MATLAB/PSB建立的电路精确模型和实际电路输出结果进行比较。得出结论:状态空间平均法适于研究直流分量占主要成分,电路各量变化波动不大的变换器电路。广义状态平均法不仅可以反映电路各量的直流成分,也能反映出其交流成分,对于研究类似谐振变换器或波动较大的变换器电路,非常有效。

建筑工程项目全周期广义成本量化模型研究

建筑工程项目的造价成本、时间成本、质量成本、安全成本,系统不可分割,互相影响,其反应了建筑工程项目的各阶段状态。建立广义成本状态空间概念,用状态向量来刻画建筑工程项目状态。基于广义成本状态向量,通过引入广义成本状态影响矩阵,用以量化不同阶段以及同一阶段广义成本之间的相互影响,实现了在广义成本视角下的成本量化,提高建筑工程项目管理的科学、合理、准确性。

准谐振改进型SEPIC变换器建模与分析

凭借高电压增益及低电压应力的特点,改进型SEPIC变换器广泛地应用于光伏、不间断电源等领域。同时由于其具有良好的软开关特性,可应用于高频场合,以提升功率密度。为了拓宽负载变化范围,改善动态响应,其数学模型的建立至关重要。采用广义状态空间平均法,对基于开关电感的准谐振改进型SEPIC变换器进行建模,建立其对应的小信号模型,并得到系统输出的传递函数。使用K-factor的方法设计补偿器,优化系统的动态性能,设计恒流输出的数字控制实现方法,并通过实验进行了验证。

高效非对称半桥混合反激变换器的分析与设计

采用广义状态空间平均(GSSA)方法,建立了传统反激变换器的数学建模。理论分析、仿真分析和设计实现了基于混合反激控制器XDPS2201与同步整流控制器IR11672AS的谐振软开关(ZVS)非对称半桥混合反激开关电源,并采用模拟控制器ICE3PCS03G实现网侧功率因数校正。主要电气参数:单相交流电源输入,直流电压48V输出,输出功率600W,整机峰值效率高于94%,输入功率因数0.99以上。